Laporan Low Pass Filter dan High Pass Filter

Tujuan

Mengamati cara kerja rangkaian low pass filter dan high pass filter.

Dasar Teori

Beberapa perangkat keras instrumentasi memiliki permasalahan yaitu kurang optimumnya transfer daya dari sinyal input menjadi output perangkat instrumentasi tersebut. Pengkondisi sinyal merupakan salah satu solusi yang ekonomis untuk mengatasi masalah tersebut, salah satu contohnya adalah filter. Transfer daya yang optimum dapat dipengaruhi oleh resistensi dari rangkaian filter. Secara umum tujuan dari penggunaan filter adalah untuk meningkatkan kualitas dari sebuah sinyal misalnya menghilangkan dan mengurangi noise. Filter juga dapat digunakan untuk mendapatkan informasi yang dibawa oleh sinyal. Selain itu juga, filter digunakan untuk memisahkan dua atau lebih sinyal yang sebelumnya dikombinasikan, di mana sinyal tersebut dikombinasikan dengan tujuan mengefisienkan pemakaian saluran komunikasi yang ada. Filter juga dapat digunakan untuk mengeliminasi rentang frekuensi dari sinyal aslinya. Macam-macam filter diantaranya low pass filter, high pass filter, band pass filter, dan notch filter.

Low pass filter digunakan untuk meneruskan sinyal berfrekuensi rendah dan meredam sinyal berfrekuensi tinggi. Sinyal dapat berupa sinyal listrik seperti perubahan tegangan maupun data-data digital seperti citra dan suara.

Untuk sinyal listrik, low-pass filter direalisasikan dengan meletakkan kumparan secara seri dengan sumber sinyal atau dengan meletakkan kapasitor secara paralel dengan sumber sinyal. Contoh penggunaan filter ini adalah pada aplikasi audio, yaitu pada peredaman frekuensi tinggi (yang biasa digunakan pada tweeter) sebelum masuk speaker bass atau subwoofer (frekuensi rendah). Kumparan yang diletakkan secara seri dengan sumber tegangan akan meredam frekuensi tinggi dan meneruskan frekuensi rendah, sedangkan sebaliknya kapasitor yang diletakkan seri akan meredam frekuensi rendah dan meneruskan frekuensi tinggi.

Untuk sinyal berupa data-data digital dapat difilter dengan melakukan operasi matematika seperti konvolusi. Finite Impuls Respons (FIR) dan Infinite Impulse Response (IIR) adalah algoritma untuk memfilter sinyal digital. Contoh aplikasi low-pass filter pada sinyal digital adalah memperhalus gambar dengan Gaussian blur.

Berikut ini rangkaian untuk low pass filter:

Gambar 1

Rangakaian Low Pass Filter

                                         

Dimana

Adapun faktor penguatannya adalah

Diagram bode untuk low pass filter ditunjukkan pada gambar di bawah ini

Gambar 2

Diagram Bode Low Pass Filter

Frekuensi sudut f_c terjadi saat ωCR₂ = 1 dan A = 0,7 A. Maka,                                     

Setelah f_c maka A turun 20 dB setiap kenaikan 10 kali frekuensinya (dekade).

                           

High pass filter adalah jenis filter yang melewatkan frekuensi tinggi, tetapi mengurangi amplitudo frekuensi yang lebih rendah daripada frekuensi cutoff.Nilai-nilai pengurangan untuk frekuensi berbeda-beda untuk tiap-tiap filter ini .Terkadang filter ini disebut low cut filter, bass cut filter atau rumble filter yang juga sering digunakan dalam aplikasi audio.High pass filter adalah lawan dari low pass filter, dan band pass filter adalah kombinasi dari high pass filter dan low pass filter. Filter ini sangat berguna sebagai filter yang dapat memblokir komponen frekuensi rendah yang tidak diinginkan dari sebuah sinyal kompleks saat melewati frekuensi tertinggi. Berikut ini rangkaian untuk high pass filter dan diagram bodenya:

Gambar 3

Rangkaian dan Diagram Bode High Pass Filter

Pada rangkaian high pass filter

sehingga faktor penguatannya adalah

dan frekuensi cut-offnya adalah

                                          

Komponen dan Peralatan

Operational Amplifier Apparatus                                                       1 Buah

Osiloskop                                                                                            1 Buah

Audio generator                                                                                  1 Buah

Resistor (100 Ω dan 220 Ω)                                                                @1 Buah

Kapasitor 1μF                                                                                      1 Buah

Probe Osiloskop                                                                                  2 Buah

Kabel                                                                                                   Secukupnya

Prosedur Percobaan

Rangkaian Low Pass Filter

1. Rangkai alat seperti pada gambar (1)
2. Tentukan frekuensi cut off dengan menggunakan persamaan (3)
3. Atur frekuensi yang digunakan dengan cara memutar knob pada audio generator
4. Amati sinyal keluaran yang dihasilkan pada osiloskop untuk setiap frekuensi yang digunakan 

Rangkaian High Pass Filter

1. Rangkai alat seperti pada gambar (3)
2. Tentukan frekuensi cut off dengan menggunakan persamaan (6)
3. Atur frekuensi yang digunakan dengan cara memutar knob pada audio generator
4. Amati sinyal keluaran yang dihasilkan pada osiloskop untuk setiap frekuensi yang digunakan

Data Hasil Pengamatan

Rangkaian Low Pass Filter

R₁ = 100 Ω

R₂ = 220 Ω

C = 1 μF

Tabel 1

Tabel Pengamatan Low Pass Filter

fAG (Hz)	𝜆 (div)	Time/div	Channel 1		Channel 2
			Vpp (div)	Volt/div	Vpp (div)	Volt/div
200	5,0	1,0	1,2	0,1	2,4	0,1
250	2,0	2,0	1,2	0,1	2,4	0,1
300	1,6	2,0	1,2	0,1	2,4	0,1
400	1,2	2,0	1,2	0,1	2,4	0,1
500	1,0	2,0	1,2	0,1	2,4	0,1
600	0,8	2,0	1,2	0,1	2,2	0,1
700	1,4	1,0	1,2	0,1	2,0	0,1
800	1,2	1,0	1,2	0,1	1,8	0,1
1000	1,0	1,0	1,2	0,1	1,6	0,1
1500	1,2	0,5	1,2	0,1	1,2	0,1

Rangkaian High Pass Filter

R₁ = 100 Ω

R₂ = 220 Ω

C = 1 μF

Tabel 2

Tabel Pengamatan High Pass Filter

fAG (Hz)	𝜆 (div)	Time/div	Channel 1		Channel 2
			Vpp (div)	Volt/div	Vpp (div)	Volt/div
500	2,0	1,0	2,0	0,2	1,2	0,2
700	1,4	1,0	1,6	0,2	1,2	0,2
1000	1,0	1,0	1,4	0,2	1,2	0,2
1200	0,8	1,0	1,2	0,2	1,4	0,2
1500	1,4	0,5	1,0	0,2	1,2	0,2
2000	1,0	0,5	0,8	0,2	1,2	0,2
2500	4,0	0,1	0,8	0,2	1,2	0,2
3000	1,6	0,2	0,8	0,2	1,2	0,2

Pengolahan Data

Rangkaian Low Pass Filter

  

Tabel 3

Tabel Perhitungan Frekuensi, V_in, dan V_out pada Low Pass Filter

Tabel 4

Tabel Pembuatan Diagram Bode pada Low Pass Filter

f (Hz)	Vin (volt)	Vout (volt)	A	dB
200,00	0,12	0,24	2,00	6,02
250,00	0,12	0,24	2,00	6,02
312,50	0,12	0,24	2,00	6,02
416,67	0,12	0,24	2,00	6,02
500,00	0,12	0,24	2,00	6,02
625,00	0,12	0,22	1,83	5,25
714,28	0,12	0,20	1,67	4,45
833,33	0,12	0,18	1,50	3,52
1000,00	0,12	0,16	1,33	2,48
1666,67	0,12	0,12	1,00	0

Grafik 1

Diagram Bode Low Pass Filter

Rangkaian High Pass Filter

Tabel 5

Tabel Perhitungan Frekuensi, V_in, dan V_out pada High Pass Filter

Tabel 6

Tabel Pembuatan Diagram Bode pada High Pass Filter

f (Hz)	Vin (volt)	Vout (volt)	A	dB
500,00	0,40	0,24	0,60	- 4,44
714,28	0,32	0,24	0,75	-2,50
1000,00	0,28	0,24	0,86	-1,34
1250,00	0,24	0,28	1,17	1,34
1428,57	0,20	0,24	1,20	1,58
2000,00	0,16	0,24	1,50	3,52
2500,00	0,16	0,24	1,50	3,52
3125,00	0,16	0,24	1,50	3,52

Grafik 2

Diagram Bode High Pass Filter

Analisis Data

Filter berfungsi untuk menyaring sinyal masukan sehingga dapat diperoleh sinyal keluaran yang diinginkan. Rangkaian filter memiliki frekuensi cut-off. Pada rangkaian low pass filter, frekuensi masukan yang lebih rendah dari frekuensi cut-off akan diloloskan sedangkan frekuensi yang lebih tinggi dari frekuensi cut-off akan  diredam. Pada percobaan ini diperoleh frekuensi cut-offnya sebesar f_c = 723,79 Hz. Setelah mengukur tegangan masukan dan tegangan keluaran yang terjadi, dapat dihitung besar penguatannya sehingga dapat dibuat diagram bodenya seperti ditunjukkan pada grafik (1). Dari grafik (1) tersebut dapat dilihat ketika frekuensi masukan yang diberikan masih di bawah frekuensi cut-off, sinyal keluarannya diteruskan dan saat frekuensinya melebihi frekuensi cut-off sinyal keluaran akan dilemahkan. Hal tersebut dapat dilihat dari grafik yang terus turun.

Rangkaian high pass filter akan meneruskan frekuensi yang lebih besar dari frekuensi cut-off dan akan meredam sinyal masukan dengan frekuensi yang lebih rendah dari frekuensi cut-off. Pada percobaan ini diperoleh frekuensi cut-offnya sebesar f_c = 1592,36 Hz. Sama seperti pada percobaan low pass filter setelah mengukur tegangan masukan dan tegangan keluaran yang terjadi, dapat dihitung besar penguatannya sehingga dapat dibuat diagram bodenya seperti ditunjukkan pada grafik (2). Namun, pada grafik (2) ada beberapa titik yang mengalami penyimpangan. Hal ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor, seperti:

1. kesalahan dalam mengukur Vpp yang digunakan untuk menghitung tegangan masukan maupun tegangan keluaran,
2. kemampuan alat yang sudah menurun,
3. pembulatan angka penting dalam pengolahan data.

Kesimpulan dan Saran

Kesimpulan

Rangkaian low pass filter dapat digunakan untuk meloloskan frekuensi rendah dan rangkaian high pass filter dapat digunakan untuk meloloskan frekuensi tinggi.

Saran

Sebelum melakukan percobaan ini sebaiknya praktikan:

1. memahami konsep tentang filter,
2. melakukan kalibrasi pada osiloskop sebelum digunakan,
3. memahami kondisi alat dan komponen yang digunakan.

Daftar Pustaka

Anonim. Tapis Pelewat Rendah. [Online]. Tersedia: http://id.wikipedia.org/wiki/ Tapis_pelewat_rendah.  [ 19 Desember 2011].

Rahmanzz. High Pass Filter. [Online]. Tersedia: http://rahmanzz.blog.uns.ac.id/ 2010/04/28/high-pass-filter/. [19 Desember 2011].

Lampiran

Rangkaian Low Pass Filter

Rangkaian High Pass Filter